1. Цель работы

Цель работы – изучение метода измерения затухания электромагнитных волн СВЧ диапазона в различных материалах.

2. Способы измерения затухания волн свч диапазона в листовых материалах

В диапазоне СВЧ имеет место поглощение радиоволн – превращение энергии электромагнитных волн при распространении в среде в другие виды энергии. При этом можно наблюдать нерезонансное и резонансное поглощение. Нерезонансное поглощение является видом поглощения с непосредственным преобразованием энергии волн СВЧ диапазона в тепловую энергию. В случае резонансного поглощения СВЧ энергия расходуется на перевод молекул или атомов на более высокие энергетические уровни. Нерезонансные потери могут быть разделены на два вида – потери, связанные с макроскопическими токами и потери, связанные с микроскопическими токами. Потери первого вида наблюдают в проводящих материалах. Потери второго вида ещё называют диэлектрическими потерями и наблюдают в непроводящих (диэлектрических материалах)\. В этом случае имеет место смещение зарядов на расстояния, соизмеримые с размерами атомов и молекул.

Свойства диэлектриков определяются двумя параметрами - ’ b и ’’ - вещественными и мнимыми частями относительной диэлектрической проницаемости или её вещественной частью и тангенсом диэлектрических потерь - tg. Последнюю величину определяют как:

tg = .

При этом полная диэлектрическая проницаемость вещества определяется как сумма вещественной и мнимой частей  = ’ + i’’.

Действительная компонента на СВЧ ’ отвечает за сдвиг фаз - запаздывание во времени электрической индукции относительно напряженности электрического поля. Мнимая компонента соответствует величине диссипации электрической энергии в тепловую. Достижимые пределы изменения действительной компоненты диэлектрической проницаемости находятся 10³ – 10⁵, мнимой компоненты – 10^-5 + 10⁵

Свойства некоторых диэлектриков на СВЧ при 20-25 С даны в таблице 1.

Таблица 1

Диэлектрик	30 см		10 см		3см		=0.5мм
		tg		tg 		tg		tg
Оргстекло					2.61	8.4*10-3	2.5	4.7*10-2
Полистирол	2.55	4.5*10-4	2.55	5*10-4	2.55	-	5*10-3
Кварц плавленный	3.80	-	3.80	1*10-4	3.80	3.64	4*10-3
Полиэтилен	2.28	4*10-4	2.26	4*10-4	2.26	-	-
Фторопласт-4	2.0	2*10-4	-	-	2.08	-	2*10-3
Эбонит					2.67	2.82	2.26*10-2
Слюда	5.4	2.510-4	5.4	3*10-4	5.4
Текстолит					3.67
Вода			74	0.11	59	1.76

Возможны три схемы измерения затухания волн СВЧ диапазона в различных материалах, особенности которых даны ниже.

А) Образец, вырезанный из листа, помещают в отрезок волновода и измеряют затухание (ослабление) волн в этом отрезке, известной длины.

Б) Образец размещают в резонаторе, при этом форма образца совпадает с формой резонатора. Это наиболее точный метод, подходящий для случая малого поглощения СВЧ волн. Электромагнитное поле, создаваемое внутри полого резонатора, ограничено со всех сторон металлическими стенками. В результате интерференции волн при многократных отражениях от стенок в резонаторе устанавливается стоячая волна. Основным видом потерь СВЧ мощности в полом резонаторе являются потери, связанные протеканием токов в стенках резонатора (Джоулев нагрев). При размещении в резонаторе образца потери СВЧ мощности возрастают, что сказывается на величине добротности резонатора. По уменьшению величины добротности резонатора определяют тангенс диэлектрических потерь образца.

В) Образец, вырезанный из листа, размещают в пространстве между антеннами передающей и приёмной, таким образом, чтобы излучение во внешнюю среду было существенно меньше, чем мощность, передающаяся из одной части тракта СВЧ в другую, и измеряют затухание (ослабление) волн в части тракта СВЧ между антеннами.